CN100487930C - 有机半导体发光装置及使用它的显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能提高从有机半导体活性层向有机半导体发光部的载流子的注入效率的有机半导体发光装置。该有机半导体发光装置具备：有机半导体活性层，具有隔开规定的沟道长度而设定的源极区域及漏极区域；源极电极，与所述源极区域接合；有机半导体发光部，与所述漏极区域接合；漏极电极，与该有机半导体发光部接合；和栅极电极，与有机半导体活性层隔开绝缘膜而对置配置。有机半导体发光部具备有机半导体发光部，从漏极电极及有机半导体活性层接受电子及空穴的供给，通过这些再结合产生发光。

Description

有机半导体发光装置及使用它的显示装置
技术领域
本发明涉及具有有机半导体发光层的有机半导体发光装置及使用它的显示装置。
背景技术
在下述专利文献1中可以看到将有机半导体晶体管和有机半导体发光元件组合后的装置。该装置具备：由P3HT构成的半导体层；在该半导体层的一方表面隔开间隔设置的源极电极及漏极电极；在所述半导体层的另一方表面经由绝缘膜配置的栅极电极；由层叠在漏极电极上的MEH—PPV构成的发光层；和层叠在该发光层上的阴极。漏极电极兼用发光元件的阳极。
通过该构成，电流从源极电极通过半导体层向漏极电极流过，进一步该电流向发光层供给，从而观测来自发光层的发光。
专利文献1：日本特表2002—512451号公报(0029段落，图2)
在所述的以往技术的构成中，在漏极电极的上下分别形成有发光层和金属、及金属和半导体层的界面。为了有效地进行向发光层的载流子(carrier)的注入并提高发光效率，而极力抑制这些界面中的损害，且尽可能降低接触电阻及其重要。
但是为了在晶体管侧的半导体层上形成漏极电极而使用溅射法或真空蒸镀法等，则对半导体层带来损害。另外，在金属层上层叠发光层的有机物层，则密接性不充分，其界面中的电气电阻变大，很难实现金属层和有机层之间的良好的电连接。
进一步，漏极电极担当从晶体管侧的半导体层接收载流子，并将载流子注入到发光层的作用，因此不得不选择其材料，以便提高来自半导体层的载流子的注入效率，且提高向发光层的载流子的注入效率。从而，对于漏极电极材料，必须选择其功函数整合于晶体管侧的半导体层及发光层的两方的材料，显著限制其选择的宽度。
发明内容
该发光的目的在于，提供一种能提高从晶体管的有机半导体活性层向有机半导体发光部的载流子的注入效率的有机半导体发光装置及使用它的显示装置。
该发明的有机半导体发光装置，包括：作为晶体管活性层的有机半导体活性层，具有隔开规定的沟道长度而设定的源极区域及漏极区域；源极电极，在该有机半导体活性层上与所述源极区域接合；有机半导体发光部，在所述有机半导体活性层上与所述漏极区域接合；漏极电极，与该有机半导体发光部接合；和栅极电极，在所述有机半导体活性层中至少与所述源极区域及漏极区域之间的区域隔开绝缘膜而对置配置，且控制所述源极区域及漏极区域之间的载流子的移动；所述有机半导体发光部具有有机半导体发光层，通过从所述漏极电极接受电子及空穴中的一方的供给，从所述有机半导体活性层接受电子及空穴中的另一方的供给，由电子及空穴的再结合来产生发光。
根据该发明，有机半导体发光部与作为晶体管活性层的有机半导体活性层接合，这些界面成为有机物彼此之间的接合面，金属—有机半导体的界面不存在。因此有机半导体活性层及有机半导体发光部的界面成为无损害的良好的界面，且由于是有机物彼此之间的接合而密接性也良好。因此能提高从有机半导体活性层向有机半导体发光部的载流子的注入效率，可以进行高效率的发光动作。当然不需要选择考虑有机半导体活性层及有机半导体发光部双方的电极材料。
所述有机半导体发光层也可以是含有由空穴输送性的有机半导体材料(P型有机半导体材料)构成的空穴输送层、由电子输送性的有机半导体材料(N型有机半导体材料)构成的电子输送层、及夹持在这些之间的发光层(由有机半导体材料构成的发光层)。此时，作为有机半导体活性层使用P型有机半导体材料的情况下，空穴输送层在漏极区域中与有机半导体活性层接合，作为有机半导体活性层使用N型有机半导体材料的情况下，电子输送层在漏极区域中与有机半导体活性层接合。
另外，有机半导体发光层也可以具有含有兼备发光层的空穴输送层、和电子输送层的层叠结构，也可以具有含有空穴输送层、和兼备发光层的电子输送层的层叠结构。
所述有机半导体活性层也可以由P型有机半导体材料构成，另外，也可以由N型有机半导体材料构成。进一步，有机半导体活性层也可以由可进行空穴及电子双方的输送的双极性的有机半导体材料构成。
作为P型有机半导体材料，可例示出Pentacene、Tetracene、金属酞菁(Copperphthalocyanine等)、Oliothiphen(α—Sexithiophene、α、ω—Dihexyl—sexithiophene)、聚噻吩(Poly(3—hexythiophene)、Poly(3—butylthiophene))、聚芴、Anthracene、Oligophenyene、Oligophenylenevinylene、Dihexyl—Anthradithiophene、Bis(dithienothiophene)、Poly(phenylenvinylene)、Poly(thienylenevinylene)、Polyacetylene、α、ω—Dihexyl—quinquethiophene、TPD、α—NPD、m—MTDATA、TPAC、TCTA、Poly(vinylcarbazole)等。
另外，作为N型有机半导体材料，能例示出二耐嵌苯二酰亚胺(C6—PTC、C8—PTC、C12—PTC、C13—PTC、Bu—PTC、F7Bu—PTC*、Ph—PTC、F5Bu—PTC*、PTCBI(3、4、9、10—perylene—terecarboxylic—diimide)、PTCDI(3、4、7、8—naphthalene—tetracarboxylic—diimide))、萘骨架二酰亚胺(PTCDI(3、4、7、8—naphthalene—tetracarboxylic—diimide)、C6—NTC、C8—NTC、C12—NTC及其氟化烷基置换体)、氟化酞菁、氟化戊省、氟化低聚噻吩、TCNQ、C60—漂洗链(fullerream)等。
进一步，作为双极性的有机半导体材料，能例示出α—NPD、Alq3(Tris(8—hydroxyquinolinato)alminm(III))、CBP(4、4′—Bis(carbazol—9—y1)biphenyl)、BSA—lm(9、10—Bis(3—cyanostilil)anthracene)、MEHPPV(Poly[2—Methoxy—5—(2—ethylhexyloxy)—1、4—phenylenevinylene])、CN—PPP(Poly[2—(6—cyano—6—methylheptyloxy)—1、4—phenylene])、Bis(2—(2—hydroxyphenyl)—benz—1、3—thiazolato)zinc complex、Poly[9、9—dihexylfluoren—2、7—diyl)—co—(anthracen—9、10—diyl)]等。
另外，作为构成有机半导体发光部的发光层的有机半导体材料，能例示出表示Alq3等荧光的金属络合物系材料、或者对这些金属络合物系材料掺杂DCM2、Rubrene、Coumarin、Perylene等其他荧光色的材料或者对4、4′—Bis(carbazol—9—y1)biphenyl(CBP)掺杂fac—tris(2—phenypyridine)iridium(Ir(PPY)3)等磷光发光色的材料。
另外，作为空穴输送材料，可举出将α—NPD、TPD作为开始的二胺化合物系材料、m—TDATA等。
所述栅极电极相对所述有机半导体活性层被配置在与所述源极电极及有机半导体发光部相反一侧，且延伸至与所述源极区域及漏极区域对置的区域为止。
根据该构成，栅极电极控制源极漏极之间的载流子的移动，且可将从源极电极向有机半导体活性层的载流子的注入的电场形成在与源极电极之间，且将从漏极区域向有机半导体发光部的载流子的注入及从漏极电极向有机半导体发光部的载流子的注入的电场形成在与漏极电极之间。由此，进一步提高向有机半导体发光部的载流子的注入效率，有助于高效率的发光。
所述栅极电极包括：第一栅极电极，与所述源极区域对置配置；和第二栅极电极，相对该第一栅极电极电独立，且与所述漏极区域对置配置。
根据该构成，栅极电极分割为源极区域侧的第一栅极电极、和漏极区域侧的第二栅极，与此相对，能独立地施加控制电压。从而，能独立地控制从源极电极向有机半导体活性层的载流子的注入、和从漏极区域及漏极电极向有机半导体发光部的载流子的注入。由此能适当地确定载流子的注入平衡，因此能进一步进行高效率的发光。
此外，优选，所述第一及第二栅极电极之间的间隙设定得比所述沟道长度还要短。
所述源极区域及所述漏极区域中的一方包括在所述源极区域及漏极区域中的另一方的两侧设定的一对区域。
从有机半导体活性层得漏极区域向有机半导体发光部得载流子得注入分布偏于源极区域侧。在此，若取得上述的构成，能确保宽的发光面积。
优选，所述源极区域及漏极区域中的一方被设定为从至少三个方向包围所述漏极区域及源极区域中的另一方。
根据该构成，能确保宽的发光面积。当然也可以作成从其他四个方向包围源极区域及漏极区域的一方的构成。进一步，也可以是其他方向包围源极及漏极区域的一方的大致整个周的构成。
优选，所述有机半导体发光装置，还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。根据该构成，可通过载流子扩散膜使载流子扩散在漏极区域的宽的范围内，因此在漏极区域内的宽的范围内产生向有机半导体发光部的载流子的注入。由此能实现宽的发光面积。
优选，所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着透明电极层的法线方向衍射。根据该构成，可将集中在折射率高的透明电极层上的光朝向该透明电极层的法线方向取出，因此能提高光取出效率，能实现亮度高的发光装置。
该发明的显示装置，将所述的有机半导体发光装置在基板上多个排列而构成。通过将有机半导体发光装置一维或二维配列在基板上，从而能构成一维或二维的显示装置(由有机半导体发光装置构成各个图像的装置)。
本发明的上述的、或者其他目的的特征及效果参照附图在后述的实施方式的说明中进一步明确。
附图说明
图1(a)及图1(b)是用于说明该发明的一实施方式的有机半导体发光装置的构成及动作的图。
图2是用于说明有机半导体发光装置的更具体的构成例的图解的剖面图。
图3是表示在与基板的反对一侧取出光的情况下的构成例的图解的剖面图。
图4(a)及图4(b)是表示所述有机半导体发光装置的另一具体的构成例的图。
图5是表示图4的构成例的变形例的平面图。
图6是用于说明另一变形例的图解的平面图。
图7是用于说明另一变形例的图解的平面图。
图8是用于说明另一变形例的图解的平面图。
图9是表示图2所示的有机半导体发光装置的变形例的图解的剖面图。
图10是表示对图3的构成的有机半导体发光装置施加与图9的情况相同的变形的例的图。
图11是表示图2的构成的另一变形例的图解的剖面图。
图12是表示另一变形例的图解的剖面图。
图13是将图1～图12的任意个所示的构成的有机半导体发光装置在基板上二维排列而构成的显示装置的电气电路图。
图14是用于说明与电容器的配置有关的构成的图解的剖面图，表示与图2对应的构成。
图15是用于说明与电容器的配置有关的构成的图解的剖面图，表示与图3对应的构成。
图16(a)及图16(b)是用于说明该发明的第二实施方式的有机半导体发光装置的构成的图。
图17是表示分别赋予图16的装置的第一栅极、第二栅极电极、源极电极及漏极电极的电位的例子的图。
图18是将图16所示的有机半导体发光装置在基板上二维排列而构成的显示装置的电气电路图。
具体实施方式
图1(a)是用于说明该发明的一实施方式的有机半导体发光装置的构成的图解的剖面图。该有机半导体发光装置50具有将有机半导体活性层1作成晶体管活性层的作为场效应型晶体管的基本形式。具体而言，该有机半导体发光装置50具备：基板2；形成在该基板2上的栅极电极3；层叠在该栅极电极3上的栅极绝缘膜4；层叠在该栅极绝缘膜4上的上述的有机半导体活性层1。在有机半导体活性层1上隔开规定的沟道长度L设定源极区域5及漏极区域6。在源极区域5层叠形成有源极电极7，在漏极区域6层叠有由有机半导体材料构成的有机半导体发光部8。在该有机半导体发光部8层叠形成有漏极电极9。即，该有机半导体发光装置50具有作为场效应型晶体管(TFT：薄膜场效应型晶体管)的基本形式，且在有机半导体活性层1和电极9之间插入有有机半导体发光部8。
栅极电极3经由栅极绝缘膜4与源极区域5及漏极区域6之间的沟道区域10对置，且延伸形成至源极区域5及漏极区域6的正下方的区域为止。即，栅极电极3对源极区域5经由栅极绝缘膜4对置，且对漏极区域6经由栅极绝缘膜4对置。由此通过栅极电极3和源极电极7之间产生的电场，可从源极电极7对有机半导体活性层1有效地注入载流子(空穴及电子中的一个)。另外，通过在栅极电极3和漏极电极9之间产生的电场，可从有机半导体活性层1向有机半导体发光部8有效地注入一方的极性的载流子(空穴及电子中的一方)，且可从漏极电极9向有机半导体发光部8有效地注入另一极性的载流子(空穴及电子中的另一方)。由此在有机半导体发光部8中，有效地产生空穴及电子的再结合，能实现高效率的发光。
例如，对通过空穴输送性的P型有机半导体材料构成有机半导体活性层1的情况进行观察。此时，对栅极电极3、源极电极7及漏极电极9分别赋予图1(b)所示的电位。即，对栅极电极3以源极电极7为基准赋予电压Vg(<0)，对漏极电极9以源极电极7为基准施加电压Vd(<0)。由此在栅极电极3和源极电极7之间形成从源极电极7向栅极电极3的电场F1，在栅极电极3和漏极电极9之间形成从栅极电极3向漏极电极9的电场F2。从而，通过电场F1从源极电极7向有机半导体活性层1注入空穴。另外，通过电场F2，从栅极电极3向有机半导体发光部8注入空穴，且从漏极电极9向有机半导体发光部8注入电子。
从源极电极7向有机半导体活性层1注入的空穴通过该有机半导体活性层1从源极区域5向漏极区域6输送，从该漏极区域6向有机半导体发光部8注入。从源极区域5向漏极区域6的空穴的输送量通过赋予栅极电极3的电压Vg来控制。由此除了在源极区域5和漏极区域6之间进行导通/遮断并进行发光的导通/遮断控制之外，使赋予栅极电极3的电压Vg台阶或连续地变化，从而使从源极区域5向漏极区域6输送的空穴的量台阶或连续地变化，能使发光光量台阶或连续地变动。即，可以调节发光光量。
图2是用于说明图1(a)的有机半导体发光装置50的更具体的构成例的图解的剖面图。该图2所示的有机半导体发光装置50具有用于在基板2一侧取出光11的构成。具体说明，则基板2由玻璃基板等透明基板构成，栅极电极3通过由ITO(氧化铟锡)、IZO(氧化铟锌)或ZnO(氧化锌)等透明的导电材料构成的透明电极膜来构成，栅极绝缘膜4由氧化硅膜等透明的绝缘膜构成。有机半导体活性层1由P型有机半导体材料即并五苯(pentacene)构成。并且源极电极7由容易对有机半导体活性层1注入空穴的金属材料(例如金)构成。
有机半导体发光部8由具备与有机半导体活性层1接触而配置的空穴输送层81、和兼用层叠在该空穴输送层81上的发光层的电子输送层82的有机半导体层叠膜构成。空穴输送层81由空穴输送性的材料即可注入空穴，且可在其内部输送空穴的所述的P型有机半导体材料构成。另外，电子输送层82由可输入电子，且可在其内部输送电子的所述的N型有机半导体材料构成。
在电子输送层82上层叠形成有金属电极即漏极电极9。该漏极电极9由容易对电子输送层82输入电子的金属材料构成，例如，举例示出了MgAg、Al、Al/Li、Ca等。
这样构成的有机半导体发光装置中，在电子输送层82和空穴输送层81之间的界面附近的区域中产生发光，产生的光11被取出到透明基板2的一侧。
图3是表示在与基板2相反的一侧取出光11的情况下的构成例的图解的剖面图。在该图3中，对于上述的图2所示的各部所对应的部分赋予与图2的情况相同的参照符号。在该图3的构成中，栅极电极3由金属材料(例如Al)构成，基板由例如硅构成。栅极绝缘膜4无需透明，但是例如由氧化硅构成。在由硅等的半导体材料构成基板2的情况下，栅极电极3可通过由形成在基板2的表层部上的杂质扩散层构成的导电层来形成。
有机半导体活性层1，与图2的阿构成的情况相同，例如由P型有机半导体材料即并五苯(pentacene)构成，与其源极区域5接合而形成的源极电极7由例如金等的金属电极构成。有机半导体发光部8的构成与图2的情况相同。层叠在电子输送层82上的漏极电极9在该实施方式中由透明电极膜构成。该透明电极膜可由ITO、IZO或ZnO等构成。
通过该构成，由于在电子输送层82内与空穴输送层81的界面附近的区域中产生的空穴及电子的再结合而引起的发光在由透明电极膜构成的漏极电极9侧观察。
图4(a)及图4(b)是表示所述有机半导体发光装置50的另一具体构成例的图，图4(a)是其图解的剖面图，图4(b)是其图解的平面图。该构成例中，有机半导体活性层1(图4(b)中对不被源极电极7或漏极电极9隐藏的区域附加斜线而表示。)的源极区域5具有在与形成有有机半导体发光部8及漏极电极9的层叠结构的漏极区域6的规定方向有关的两侧上设定的一对区域5A、5B。并且，以与这些区域5A、5B上共通接合的方式，由金属电极构成的源极电极7形成为在平面观察呈大致U字形状。该实施方式中，有机半导体活性层1从源极区域5的一方的区域5A通过漏极区域6到另一区域5B形成为带状图案。即，源极电极7在区域5A、5B中与有机半导体活性层1接触，但是在其他以外的区域中与栅极绝缘膜4接触。
上述的图2或图3的构成例中，为了对于漏极区域6从一方侧输送空穴，因此发光部位偏向源极区域5侧，结果出现很难确保大的发光面积的问题。图4(a)即图4(b)所示的构成例中，在漏极区域6的两侧分开配置有源极区域5A、5B。对于漏极区域6从正相反的两个方向输送空穴。由此，在有机半导体发光部8的宽的范围内产生发光，能增加发光面积。
此外，图4(b)中，在图中下侧的区域中露出栅极电极3是为了取得用于将该栅极电极3外部连接的接点，当然也能取得用于通过其他构成来外部连接的接点。
图5是表示图4(a)及图4(b)的构成例的变形例的平面图。该图5中所示的构成中，在俯视时，以将矩形的漏极区域6包围成コ字形的方式设定源极区域5，在该源极区域5上层叠形成相同的コ字形的源极电极7。在该构成中，源极区域5将漏极区域6从三个方向(在与有机半导体活性层1平行的平面内以90度的角度间隔确定的三个方向)包围，因此能进一步增加有机半导体发光部8中的发光面积。
图6是用于说明另一构成例的图解的平面图。该构成中，源极区域5及漏极区域6分别形成为相互嵌合的梳齿形状。根据此，源极电极7形成为与梳齿形状的源极区域5相同的图案的梳齿形状，且有机半导体发光部8及漏极电极9的层叠结构具有与梳齿形状的漏极区域6相同的图案的梳齿形状部。
根据该构成，能使源极区域5及漏极区域6的对向部的全长(沟道宽度)变长，且能使发光面积增加。
图7是用于说明另一变形例的图解的平面图。在该构成例中，漏极区域6形成为矩形(大致正方形)，且有机半导体发光部8及漏极电极9也形成为相同的矩形。从该矩形的漏极电极9的一角部引出引线部9A。并且源极区域5设定为回避引线部9A，将漏极区域6的周围整体从四个方向(在与有机半导体活性层1平行的平面内以90度的角度间隔确定的四个方向)大致包围，在由该矩形的环状区域构成的源极区域5上形成有源极电极7。根据该构成，对于漏极区域6从周围的整个方向供给空穴，能进一步增大发光面积。
图8表示另一变形例。该构成中，漏极区域6设定为圆形，在该圆形的漏极区域6上层叠有相同的圆形的有机半导体发光部8及漏极电极9。并且，从圆形的漏极电极9在一方向引出引线部9A。另一方面，源极区域5形成为回避圆形的漏极区域6，经过大致全方位包围的环状。在该环状的源极区域5上层叠形成有相同的图案的源极电极7。根据该构成，可对漏极区域6的大致全周供给空穴，能得到宽的发光面积。
此外，图4～图8的构成中，将源极区域5及漏极区域6反转配置。即，图4(a)及图4(b)的构成中，也可以在源极区域5的两侧分散配置漏极区域6，图5的构成中，以从三个方向包围源极区域5的方式将漏极区域6设定为コ字形状。进一步，图7及图8的构成中，也可以将源极区域5配置在中央，经过大致全周围包围它的方式配置漏极区域6。
图9是表示图2所示的有机半导体发光装置50的变形例的图解的剖面图。该构成中，在由透明电极膜构成的栅极电极3和透明基板2之间的边界附近，在透明基板2侧设置有作为衍射部件的衍射光栅15。该衍射光栅15具有使向基板2的端面16传播由透明电极膜构成的栅极电极3内的光11向透明基板2的表面2A侧(即，向栅极电极3的法线方向)衍射的功能。
由ITO等构成的透明电极膜一般折射率n为2左右，折射率比由氧化硅膜构成的栅极绝缘膜4(例如，折射率n＝1.5)、由玻璃基板等构成的透明基板2(例如，折射率n＝1.5)、有机半导体活性层1(例如，折射率n＝1.7～1.8)、空穴输送层81(例如，折射率n＝1.7)及电子输送层82(例如折射率n＝1.7)中的任意一个还要高。因此在有机半导体发光部8产生的光有进入由透明电极膜构成的栅极电极3内的倾向。
在此，通过对于由透明电极膜构成的栅极电极3在光取出方向即透明基板2侧配置衍射光栅15，从而可将导入栅极电极3内的光11向透明基板2的表面2A侧有效地取出。由此能实现提高光取出率的有机半导体发光装置。
衍射光栅的周期A优选设定为满足对于有机半导体发光部8中产生的光的波长λ成为Λ＝kλ(k＝1、2、3...)的关系。由此能有效地取出光。
图10表示对图3的构成的有机半导体发光装置50施加与图9的情况相同的变形的例子。在该构成例中，在由透明电极膜构成的漏极电极9的表面形成有衍射光栅17。在图3的构成的情况下，有光闭入由透明电极膜构成的漏极电极9的情况，但是通过衍射光栅17，将导入漏极电极9内的光11向该漏极电极9的法线方向取出到外部。由此能提高光取出效率。
此外，代替衍射光栅15、17，也可以构成分散配置微点(micro dot)，使导入栅极电极3或漏极电极9内的光11向这些放线方向衍射而取出的衍射部件。例如，在图9的构成的情况下，在玻璃基板2的表面印刷微点，其后在用玻璃对玻璃基板2的表面进行涂敷，从而能得到埋入所述的衍射部件的玻璃基板2。在玻璃基板2内形成衍射光栅15的情况下，例如在玻璃基板2的表面通过印刷等形成衍射光栅的条纹状图案，其后施加玻璃涂敷即可。
图10的构成的情况下，为了在漏极电极9的表面形成基于衍射光栅17或上述的微点的扩散图案的衍射图案，而将衍射光栅的条纹状的图案或扩散点图案印刷在漏极电极9的表面上即可。
图11是表示图2的构成的另一变形例的图解的剖面图。该构成中，源极电极7与栅极绝缘膜4接触而形成，以覆盖该源极电极7的方式形成有有机半导体活性层1。即，关于源极电极7，成为所谓的底部接点型的构成。根据该构成，也能进行与图2的构成的情况相同的动作。
当然，图3～图10所示的任意的构成中也能进行相同的变形。
图12是表示另一变形例的构成的图解的剖面图。该构成中，与栅极绝缘膜4接触，在源极区域5层叠形成有由金属电极构成的源极电极7，且在漏极区域6中，与栅极绝缘膜4接触，层叠形成有作为载流子扩散膜的电流扩散膜40。有机半导体活性层1在源极电极7和电流扩散膜40之间的沟道区域10中与栅极绝缘膜4接触，且覆盖源极电极7的上面，且覆盖电流扩散膜40的上面。并且，在有机半导体活性层1中在电流扩散膜40的上方的区域设置有漏极区域6，在该漏极区域6上层叠形成有有机半导体发光部8及漏极电极9。
根据该构成，从源极电极7通过有机半导体活性层1向漏极区域6导入的空穴通过电流扩散膜40扩散，因此逐渐向有机半导体发光部8注入。由此在有机半导体发光部内，在宽的面积产生空穴及电子的再结合，因此能增大发光面积。
由此根据该实施方式的构成，在漏极区域6中，在有机半导体活性层1的表面层叠有有机半导体层即空穴输送层81。从而在漏极区域6中，无需在有机半导体活性层1的表面形成金属膜，因此例如通过溅射法等形成的金属膜的形成时产生的损害不会赋予漏极区域6的有机半导体活性层1。另外，由与有机半导体活性层1相同的有机半导体材料构成的空穴输送层81以良好的密接性可层叠在有机半导体活性层1上。从而，有机半导体活性层1和有机半导体发光部8之间的接触电阻低，有效地进行从有机半导体活性层1向有机半导体发光部8的载流子的注入。在有机半导体发光层1和有机半导体发光部8之间插入适当的缓冲层，进一步提高注入的效率。
源极区域5中，由金属材料构成的源极电极7与有机半导体活性层1接触，但是在源极区域5和源极电极7之间的界面状态对于配置在漏极区域6侧的有机半导体发光部8的发光不会带来大的影响。从而，该源极电极7在有机半导体活性层1上由溅射法顺利地层叠形成。
漏极电极9层叠在有机半导体发光部8上，但是在有机半导体发光部8及漏极电极9之间以及有机半导体活性层1和有机半导体发光部8之间的至少一方介入适当的缓冲层，从而能提高从漏极电极9到有机半导体发光部8的载流子注入效率。此时，缓冲层通过缓和漏极电极9和有机半导体发光部8之间的能量隔壁而提高载流子注入效率。具体而言，缓冲层若是空穴注入，则由Copper phthalocyanine(CuPc)、m—MTDATA、PEDOT/PSS、Polyaniline等构成，若是电子注入则由对Tris(8—hydroxyquinoline)alminum(III)(Alq3)或4、7—Diphenil—1、10—phenanthroline(Bathophenanthroline)等的电子输送性有机半导体掺杂了锂(Li)、铯(Cs)等的碱金属的层、使氟化锂(LiF)为开始的碱金属·碱土金属氟化物、氧化锗(GeO2)、氧化铝(Al2O3)等构成。
图13是将图1～图2中的任意一个图中所示的构成的有机半导体发光装置50在基板2上二维排列而构成的显示装置60的电气电路图。即，该显示装置60将上述的有机半导体发光装置50分别配置在排列成矩阵状的像素P11、P12、…、P21、P22、……内，使这些像素的有机半导体发光装置50选择性发光，另外，控制各像素的有机半导体发光装置50的发光强度(亮度)，从而能进行二维显示。
各有机半导体发光装置50为与有机半导体发光部8一体形成的P沟道型场效应型晶体管(FET)，对其漏极电极9(D)赋予偏压Vd(<0)，其源极电极7(S)为接地电位(＝0)。在栅极电极3(G)并联连接有用于选择各像素的选择晶体管Ts、和数据保持用的电容器C。
在行方向排列的像素P11、P12、……、P21、P22、……的选择晶体管Ts的栅极按各行分别连接有共通的扫描线LS1、LS2、……。另外，在行方向排列的像素P11、P21、……、P12、P22、……的选择晶体管Ts中与有机半导体发光装置50相反一侧按各列分别连接有共通的扫描线LD1、LD2、……。
从由控制器53所控制的扫描线驱动电路51对扫描线LS1、LS2、……赋予用于循环性依次选择(行内的多个像素的一并选择)各行的像素P11、P12、……、P21、P22、……的扫描驱动信号。即，扫描驱动电路51将各行依次作为选择行，产生用于使选择行的多个像素的选择晶体管Ts一并导通，且使非选择行的多个像素的选择晶体管Ts一并遮断的扫描驱动信号。
另一方面，对数据线LD1、LD2、……输入来自数据线驱动电路52的信号。从控制器53对该数据线驱动电路52输出与像素数据对应的控制信号。数据线驱动电路52以由扫描线驱动电路51一并选择各行的多个像素的定时将与该选择行的各像素的发光灰度对应的发光控制信号并列供给到数据线LD1、LD2、……。
由此，在选择行的各像素中，经由选择晶体管Ts对栅极电极3(G)赋予发光控制信号，因此有机半导体发光装置50以与发光控制信号相对应的灰度进行发光(或者熄灭)。发光控制信号在电容器C中保持，因此即使基于扫描线驱动电路51的选择行移到其他行之后，栅极电极G的电位被保持，有机半导体发光装置50的发光状态被保持。由此进行二维显示。
图14及图15是用于说明与所述的电容器C的配置有关的构成的图解的剖面图，图14与图2的构成对应，图15与图3的构成对应。在图14的构成的情况下，在透明基板2和由透明电极膜构成的栅极电极3之间插入有例如由ITO构成的透明导电膜21、和例如由氧化硅构成的透明绝缘膜22。透明导电膜21配置在透明基板2侧，透明绝缘膜22配置在栅极电极3侧。由此在透明导电膜21和栅极电极3之间形成有插入透明绝缘膜22的电容器C。
图15的构成的情况下，在基板2和栅极电极3之间插入有例如金属制的导电膜31、和例如由氧化硅构成的绝缘膜32。导电膜31配置在基板2侧，绝缘膜32配置在栅极电极3侧。由此导电膜31和栅极电极3之间形成有插入绝缘膜32的电容器C。例如，在基板2为硅等半导体基板的情况下，导电膜31通过由形成在基板2的表面上的杂质扩散层构成的导电层来形成。
图16(a)及图16(b)是用于说明该发明的第二实施方式的有机半导体发光装置50A的构成的图，图16(a)是其图解的剖面图，图16(b)是其平面图。在该图16中，对于与上述的图2所示的各部相等的构成部分施加与图2的情况相同的参照符号而表示。
在该实施方式中，栅极电极3分割为配置在源极区域5侧上的第一栅极电极G1、和配置在漏极区域6侧上的第二栅极电极G2。第一栅极电极G1对于源极区域5的大致整个区域经由栅极绝缘膜4而对置，且向沟道区域10侧露出。同样，第二栅极电极G2对于漏极区域6的整个区域经由栅极绝缘膜4而对置，且向沟道区域10侧露出。第一栅极电极G1和第二栅极电极G2之间的间隙Δ被设定为比源极区域5和漏极区域6之间的间隙即沟道长度L还要短。
图17是表示分别赋予第一栅极电极G1、第二栅极电极G2、源极电极7及漏极电极9的电位的一例的图。第一栅极电极G1和第二栅极电极G2相互被电绝缘。与此相对，能独立地施加电压Vg1、Vg2。由此，能分别控制从源极电极7向有机半导体活性层1的空穴的注入量、和从漏极区域6向有机半导体发光部8的电子的注入量。由此能得到被注入的载流子的平衡，能进一步提高有机半导体发光部8中的发光效率。
图18是将图16所示的有机半导体发光装置50A在基板2上二维排列而构成的显示装置60A的电气电路图。在该图18中，对所述的图13所示的各部所对应的构成部分附加与图13的情况相同的参照符号而表示。
对配置有有机半导体发光部8的一侧的电极即漏极电极9(D)赋予偏压Vd(<0)，源极电极7(S)为接地电位(＝0)。另外，对第一栅极电极G1施加一定的控制电压Vgn(<0)。一方面，在第二栅极电极G2并联连接有用于选择各像素的选择晶体管Ts、和数据保持用的电容器C。其他构成与图13的情况相同。
通过该构成，在选择行的各像素中，经由选择晶体管Ts对第二栅极电极G2赋予发光控制信号，从而该像素的有机半导体发光装置50A以与发光控制信号相对应的灰度进行发光(或熄灭)。
此外，即使固定第二栅极电极G2的电位，且对第一栅极电极G1赋予来自数据线LD1、LD2、……的发光控制信号，也能进行同样的动作。另外，若根据图像数据分别控制赋予第一及第二栅极电极G1、G2的控制电压，则能进一步进行较多灰度的显示。
以上，说明了该发明的两个实施方式，但是该发明由其他方式来实施。例如，在上述的实施方式中，作为有机半导体活性层1使用P型有机半导体材料对具有作为P沟道型场效应型晶体管的基本构成的有机半导体发光装置进行了说明，当然有机半导体活性层1可由电子输送性的N型有机半导体材料构成。在该情况下，构成具有作为N沟道型场效应晶体管的基本构成的有机半导体发光装置。即，从源极电极7对有机半导体活性层1注入电子，在其一方从漏极电极9向有机半导体发光部8注入空穴。从而，若由空穴输送层81及电子输送层82构成有机半导体发光部8，则空穴输送层81被配置在漏极电极9侧，电子输送层82被配置在有机半导体活性层1侧。
进一步，作为有机半导体活性层1，也可以使用能输送电子及空穴的双方的所谓的双极性的有机半导体材料。可使用的双极性的有机半导体材料的例子已叙述。
进一步，在上述的图13及图18中，表示了二维显示的显示装置，但是可将像素一维配置而构成一维的显示装置。
虽然对本发明的实施方式进行了详细的说明，但是这只不过是为了更明了本发明的技术内容而使用的具体例，本发明不应限定这些具体例而解释，本发明的主旨和范围只通过附加的权利要求范围来限定。
该申请与2004年8月30日在日本专利厅所提出的专利申请2004—250601号对应，该申请的全部公开是在此通过引用来组入的。

Claims (23)

1、一种有机半导体发光装置，
包括：
作为晶体管活性层的有机半导体活性层，具有隔开规定的沟道长度而设定的源极区域及漏极区域；
源极电极，在该有机半导体活性层上与所述源极区域接合；
有机半导体发光部，在所述有机半导体活性层上与所述漏极区域接合；
漏极电极，与该有机半导体发光部接合；和
栅极电极，在所述有机半导体活性层中至少与所述源极区域及漏极区域之间的区域隔开绝缘膜而对置配置，且控制所述源极区域及漏极区域之间的载流子的移动；
所述有机半导体发光部具有有机半导体发光层，通过从所述漏极电极接受电子及空穴中的一方的供给，从所述有机半导体活性层接受电子及空穴中的另一方的供给，由电子及空穴的再结合来产生发光。
2、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极相对所述有机半导体活性层被配置在与所述源极电极及有机半导体发光部相反一侧，且延伸至与所述源极区域及漏极区域对置的区域为止。
3、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极包括：
第一栅极电极，与所述源极区域对置配置；和
第二栅极电极，相对该第一栅极电极电独立，且与所述漏极区域对置配置。
4、根据权利要求2所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极包括：
第一栅极电极，与所述源极区域对置配置；和
第二栅极电极，相对该第一栅极电极电独立，且与所述漏极区域对置配置。
5、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及所述漏极区域中的一方包括在所述源极区域及漏极区域中的另一方的两侧设定的一对区域。
6、根据权利要求2所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及所述漏极区域中的一方包括在所述源极区域及漏极区域中的另一方的两侧设定的一对区域。
7、根据权利要求3所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及所述漏极区域中的一方包括在所述源极区域及漏极区域中的另一方的两侧设定的一对区域。
8、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及漏极区域中的一方被设定为从至少三个方向包围所述漏极区域及源极区域中的另一方。
9、根据权利要求2所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及漏极区域中的一方被设定为从至少三个方向包围所述漏极区域及源极区域中的另一方。
10、根据权利要求3所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及漏极区域中的一方被设定为从至少三个方向包围所述漏极区域及源极区域中的另一方。
11、根据权利要求5所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述源极区域及漏极区域中的一方被设定为从至少三个方向包围所述漏极区域及源极区域中的另一方。
12、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。
13、根据权利要求2所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。
14、根据权利要求3所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。
15、根据权利要求5所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。
16、根据权利要求8所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
还包括载流子扩散膜，在所述漏极区域和所述绝缘膜之间配置，用于扩散载流子。
17、根据权利要求1所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
18、根据权利要求2所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
19、根据权利要求3所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
20、根据权利要求5所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
21、根据权利要求8所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
22、根据权利要求12所述的有机半导体发光装置，其特征在于，
所述栅极电极及漏极电极中的至少任意一方包括透明电极层，
还包括衍射部件，靠近该透明电极层，使导入所述透明电极层内的光朝着该透明电极层的法线方向衍射。
23、一种显示装置，将权利要求1～22中任意一项所述的有机半导体发光装置在基板上多个排列而构成。
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